Punkty wyboru MOSFET-u

WybórMOSFETjest bardzo ważny, zły wybór może mieć wpływ na zużycie energii przez cały obwód, opanowanie niuansów różnych komponentów MOSFET i parametrów w różnych obwodach przełączających może pomóc inżynierom uniknąć wielu problemów, poniżej znajdują się niektóre zalecenia Guanhua Weiye przy wyborze tranzystorów MOSFET.

Po pierwsze, kanał P i kanał N

Pierwszym krokiem jest określenie zastosowania tranzystorów MOSFET z kanałem N lub P. w zastosowaniach energetycznych, gdy masa MOSFET i obciążenie jest podłączone do napięcia magistrali,MOSFETstanowi wyłącznik boczny niskiego napięcia. W przypadku przełączania strony niskiego napięcia zwykle stosuje się N-kanałowe tranzystory MOSFET, co uwzględnia napięcie wymagane do wyłączenia lub włączenia urządzenia. Gdy MOSFET jest podłączony do magistrali i masy obciążenia, używany jest przełącznik boczny wysokiego napięcia. Ze względu na sterowanie napięciem zwykle stosuje się tranzystory MOSFET z kanałem P. Aby wybrać odpowiednie komponenty do aplikacji, ważne jest określenie napięcia wymaganego do zasilania urządzenia oraz łatwości jego zaimplementowania w projekcie. Następnym krokiem jest określenie wymaganego napięcia znamionowego, czyli maksymalnego napięcia, jakie może wytrzymać dany element. Im wyższe napięcie znamionowe, tym wyższy koszt urządzenia. W praktyce napięcie znamionowe powinno być wyższe niż napięcie magistrali lub magistrali. Zapewni to wystarczającą ochronę, aby MOSFET nie uległ awarii. Przy wyborze MOSFET-u ważne jest określenie maksymalnego napięcia, jakie może wytrzymać od drenu do źródła, tj. maksymalnego VDS, dlatego ważne jest, aby wiedzieć, że maksymalne napięcie, jakie może wytrzymać MOSFET, zmienia się w zależności od temperatury. Projektanci muszą przetestować zakres napięcia w całym zakresie temperatur roboczych. Napięcie znamionowe musi mieć wystarczający margines, aby pokryć ten zakres i zapewnić, że obwód nie ulegnie awarii. Ponadto należy wziąć pod uwagę inne czynniki bezpieczeństwa w przypadku stanów nieustalonych napięcia indukowanego.

Po drugie, określ aktualną ocenę

Aktualna wartość znamionowa MOSFET-u zależy od struktury obwodu. Prąd znamionowy to maksymalny prąd, jaki obciążenie może wytrzymać w każdych okolicznościach. Podobnie jak w przypadku napięcia, projektant musi upewnić się, że wybrany MOSFET jest w stanie wytrzymać prąd znamionowy, nawet jeśli system generuje prąd szczytowy. Dwa aktualne scenariusze do rozważenia to tryb ciągły i skoki impulsów. MOSFET jest w stanie ustalonym w trybie ciągłego przewodzenia, gdy prąd przepływa w sposób ciągły przez urządzenie. Skoki impulsów odnoszą się do dużej liczby przepięć (lub skoków prądu) przepływających przez urządzenie. W takim przypadku po określeniu maksymalnego prądu wystarczy po prostu bezpośrednio wybrać urządzenie, które wytrzyma ten maksymalny prąd.

Po wybraniu prądu znamionowego obliczane są również straty przewodzenia. W konkretnych przypadkachMOSFETnie są elementami idealnymi ze względu na straty elektryczne powstające podczas procesu przewodzenia, tzw. straty przewodzenia. Kiedy jest włączony, MOSFET działa jak rezystor zmienny, który jest określany przez RDS(ON) urządzenia i zmienia się znacząco wraz z temperaturą. Stratę mocy urządzenia można obliczyć ze wzoru Iload2 x RDS(ON), a ponieważ rezystancja włączenia zmienia się wraz z temperaturą, strata mocy zmienia się proporcjonalnie. Im wyższe napięcie VGS przyłożone do MOSFET-u, tym niższa wartość RDS(ON); i odwrotnie, im wyższy jest RDS(ON). Dla projektanta systemu w tym miejscu wchodzą w grę kompromisy w zależności od napięcia systemu. W przypadku konstrukcji przenośnych niższe napięcia są łatwiejsze (i częstsze), natomiast w przypadku projektów przemysłowych można zastosować wyższe napięcia. Należy pamiętać, że rezystancja RDS(ON) nieznacznie wzrasta wraz z prądem.

Technologia ma ogromny wpływ na charakterystykę komponentów, a niektóre technologie powodują wzrost RDS(ON) przy zwiększaniu maksymalnego VDS. W przypadku takich technologii wymagane jest zwiększenie rozmiaru płytki, jeśli VDS i RDS(ON) mają zostać obniżone, zwiększając w ten sposób związany z tym rozmiar opakowania i odpowiadające mu koszty rozwoju. W branży istnieje wiele technologii, które próbują kontrolować wzrost rozmiaru płytek, z których najważniejsze to technologie rowowe i równoważące ładunek. W technologii wykopowej w płytce osadzony jest głęboki rowek, zwykle zarezerwowany dla niskich napięć, w celu zmniejszenia rezystancji RDS(ON).

III. Określ wymagania dotyczące odprowadzania ciepła

Następnym krokiem jest obliczenie wymagań cieplnych systemu. Należy rozważyć dwa różne scenariusze: najgorszy i rzeczywisty. TPV zaleca obliczenie wyników dla najgorszego scenariusza, ponieważ obliczenia te zapewniają większy margines bezpieczeństwa i pewność, że system nie ulegnie awarii.

IV. Wydajność przełączania

Wreszcie wydajność przełączania MOSFET-u. Istnieje wiele parametrów wpływających na wydajność przełączania, najważniejsze z nich to pojemność bramki/drenu, bramki/źródła i drenu/źródła. Pojemności te tworzą straty przełączania w komponencie ze względu na konieczność ich ładowania przy każdym przełączeniu. W rezultacie zmniejsza się prędkość przełączania MOSFET-u i spada wydajność urządzenia. Aby obliczyć całkowite straty w urządzeniu podczas przełączania, projektant musi obliczyć straty podczas włączania (Eon) i straty podczas wyłączania (Eoff). Można to wyrazić za pomocą następującego równania: Psw = (Eon + Eoff) x częstotliwość przełączania. A ładunek bramki (Qgd) ma największy wpływ na wydajność przełączania.